Automated Classification of Building Roofs for the Updating of 3D Building Models Using Heuristic Methods

Abstract

In the Bavarian Surveying Administration, remote sensing methods are applied in the context of nationwide airborne surveys for the acquisition of aerial photographs and airborne laser scanning for the derivation of the digital terrain model (DTM). At the Bavarian Agency for Digitisation, High-Speed Internet and Surveying (LDBV = Landesamt für Digitalisierung, Breitband und Vermessung), image-based digital surface models (bDOM) and digital orthophotos without building lean (trueDOP) are produced using the dense image matching (DIM) method. Buildings and their roofs are displayed in the trueDOP in the correct position to the cadastral ground plan. Based on these data, an expert system was developed for the investigation of construction cases and for the updating of 3D building models, which automatically calculates change notices and makes them available to the Agencies for Digitisation, High-Speed Internet and Surveying (ADBV = Amt für Digitalisierung, Breitband und Vermessung). The reliable detection of buildings plays a decisive role here. Representative reference classes for the classification of building roofs in the RGB colour space are formed and frequencies are calculated across the boundaries of the photo-flights. The classification is carried out with the aid of a normalized digital surface model (nDOM), which is calculated from the height differences between the bDOM and the DTM, and with heuristically defined threshold values for the colours in the representative RGB colour spaces. The presented method is transferable to all federal states. Automatisierte Klassifikation von Gebäudedächern zur Fortführung von 3D-Gebäudemodellen mittels heuristischer Verfahren. In der Bayerischen Vermessungsverwaltung werden Fernerkundungsmethoden im Rahmen der landesweiten Befliegung zur Erfassung von Luftbildern und des Airborne Laserscannings für die Ableitung des Digitalen Geländemodells (DGM) eingesetzt. Im Landesamt für Digitalisierung, Breitband und Vermessung (LDBV) werden bildbasierte Digitale Oberflächenmodelle (bDOM) sowie Digitale Orthophotos ohne Umklappungseffekte von Objekten (trueDOP) mit der Methode des Dense Image Matching (DIM) produziert. Gebäude und deren Dachflächen werden im trueDOP lagerichtig zum Katastergrundriss dargestellt. Auf diesen Datenbeständen wurde ein Expertensystem zur Baufallerkundung sowie zur Fortführung von 3D-Gebäudemodellen entwickelt, das Änderungshinweise automatisiert berechnet und den Ämtern für Digitalisierung, Breitband und Vermessung bereitstellt. Dabei spielt die sichere Erkennung von Gebäuden die maßgebliche Rolle. Es werden über die Grenzen der Bildfluglose hinweg repräsentative Vergleichsklassen zur Klassifikation von Gebäudedächern im RGB-Farbraum gebildet und Häufigkeiten berechnet. Die Klassifikation erfolgt unter Zuhilfenahme eines normalisierten Digitalen Oberflächenmodell (nDOM), das aus den Höhendifferenzen des bDOM zum DGM berechnet wird, sowie mit heuristisch festgelegter Schwellenwerte für die Farben in den repräsentativen RGB-Farbräumen. Die vorgestellte Methode ist auf alle Bundesländer übertragbar.